واضح‌ترین تصاویر نوری با تفکیک‌پذیری پنج نانومتر

گروهی از دانشمندان آلمانی و فرانسوی با استفاده از پرتو اشعه ایکس تصاویری تهیه کرده‌اند که دقت آنها در میان تصاویر گرفته‌شده با نور، بی‌سابقه است. این تصویر، عکسی با تفکیک‌پذیری پنج نانومتر است که از یک ذره صد نانومتری طلا گرفته شده که بر روی یک زیرلایه قرار داده شده‌است. بر خلاف سایر روش‌ها، تصویربرداری اشعه ایکس در حضور میدان‌های مغناطیسی قوی قابل‌ استفاده بوده و در کاربردهای درون محیط‌های زیستی همانند فراورش شیمیایی استفاده می‌شود.

گروهی از دانشمندان آلمانی و فرانسوی با استفاده از پرتو اشعه ایکس تصاویری
تهیه کرده‌اند که دقت آنها در میان تصاویر گرفته‌شده با نور، بی‌سابقه است. این
تصویر، عکسی با تفکیک‌پذیری پنج نانومتر است که از یک ذره صد نانومتری طلا
گرفته شده که بر روی یک زیرلایه قرار داده شده‌است. بر خلاف سایر روش‌ها،
تصویربرداری اشعه ایکس در حضور میدان‌های مغناطیسی قوی قابل‌ استفاده بوده و در
کاربردهای درون محیط‌های زیستی همانند فراورش شیمیایی استفاده می‌شود.

دستیابی به یک لنز «خوب» برای تصویربرداری با اشعه ایکس یک چالش بزرگ برای
سازندگان است؛ زیرا کیفیت چنین لنزی باید هزار برابر بهتر از کیفیت لنزهای یک
دوربین یا میکروسکوپ نوری باشد. به همین دلیل، تا امروز از قابلیت تصویربرداری
بسیار دقیق با اشعه ایکس، به‌طور کامل بهره‌برداری نشده‌است.

راهکار مورد استفاده در این زمینه، این است که به ‌هیچ ‌وجه از لنز برای ضبط
تصاویر استفاده نشود. در این راهکار جدید، اشیا با یک پرتو نوری روشن شده و
تنها نورِ «پراشیده‌شده(diffracted)»، ضبط می‌گردد. پراشیدن، پراکندگی نور از
لبه‌های تیز و موانع کوچک است. اگر نور خصوصیات لیزرمانند ویژه‌ای داشته باشد
پراش، یک الگوی منظم ایجاد می‌کند که با استفاده از آن و با بهره‌گیری از یک
برنامه رایانه‌ای می‌توان شکل اشیا را بازسازی کرد. بسیاری از شتاب‌دهنده‌های
سینکروترون در سطح دنیا از این روش که «تصویربرداری پراش اشعه ایکس همدوس»
نامیده می‌شود، استفاده می‌کنند؛ اما شدت و کیفیت پرتوهای اشعه ایکسِ همدوس،
تفکیک‌پذیری را به ۳۰ تا ۴۰ نانومتر محدود می‌کنند.

این گروه که شامل محققانی از دانشگاه فنی درسن در آلمان و ESRF در گرنوبلِ
فرانسه است، یک گام بزرگ به جلو برداشته‌اند: آنها توانسته‌اند تا تفکیک‌‌پذیری
را از چند ده نانومتر به پنج نانومتر ارتقا دهند. این تفکیک‌پذیری صد برابر
بهتر از تفکیک‌پذیری‌ای است که با یک میکروسکوپ نوری بسیار خوب قابل دستیابی
است. آنها در این راه، کیفیت و شدت پرتو اشعه ایکس همدوس را ارتقا داده و پرتوی
با انرژی۱۵/۲۵ کیلوالکترون ‌ولت را به شکل مدادی درآوردند که نوک آن تنها صد
نانومتر قطر داشت. پس از تابش این پرتو بر روی یک نانوذره منفرد به مدت ده
دقیقه، یک الگوی پراشِ دقیق به دست آمده و به کمک آن تصویر نانوذره بازسازی
گردید.

این روش، غیر مخرب است و می‌تواند شکل، اندازه، کرنش و ترکیب شیمیایی
نانوساختارهای مجزایی چون نقاط کوانتومی درون نیمه‌رساناها را تعیین کند. در
آینده نیز روش‌های آشکارسازی ارتقایافته و چشمه‌های لیزرِ بدونِ الکترون، امکان
تصویربرداری از ماکرومولکول‌های زیستی را که به آسیب‌های تشعشعی بسیار حساسند،
فراهم می‌آورند.

سایر روش‌هایی که به دقت نانومتری دست یافته‌اند، دارای محدودیت‌های خاص خود
هستند؛ به‌عنوان مثال TEM که بالاترین تفکیک‌پذیری را داراست، نیازمند
نمونه‌های نازکی است که لزوماً باید در خلأ قرار گیرند. روش‌های اشعه ایکس
تقریباً در هر محیطی قابل استفاده‌اند و برای مطالعه چگونگی تغییراتِ یک نمونه
در یک محیط نیز مناسب هستند. هم‌اکنون این گروه قصد دارد تا تفکیک‌پذیری را باز
هم ارتقا داده، از این روش در پاسخ‌گویی به برخی از سؤالات علمی دنیای واقعی
بهره بگیرد.

نتایج این تحقیق در نشریه .Phys. Rev. Lett به چاپ رسیده‌است.